(57)【要約】  本発明は、駆動ライン（２）用のトルク制限カップリング（３）に関する。トルク制限カップリング（３）の入力側（４）はパワーユニット（２）に接続可能であり、出力側（５）は負荷（６）に接続可能である。入力側および出力側の回転速度を測定するため、第１センサ（１０）がトルク制限カップリング（３）の入力側（４）に対応づけられており、第２センサ（２０）がトルク制限カップリング（３）の出力側（５）に対応づけられている。少なくとも１つの付加センサまたは付加検出器が、回転測定の分解能を高めるために、入力側におよび／または出力側に対応づけられている。
2019510948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ライン（２）用のトルク制限カップリング（３）であって、
入力側（４）がパワーユニット（２）に接続可能であり、かつ、出力側（５）が負荷（６）に接続可能であり、
第１センサ（１０）が前記トルク制限カップリング（３）の前記入力側（４）に対応づけられており、第２センサ（２０）が前記トルク制限カップリング（３）の前記出力側（５）に対応づけられている、
トルク制限カップリング（３）において、
前記センサ（１０，２０）の少なくとも一方、好ましくは双方（１０，２０）が、複数のマーク（５１）を有するエンコーダ（１４，２４）を含み、
少なくとも１つの付加検出器（１５，２５）が、前記入力側（４）および／または前記出力側（５）に対応づけられており、前記付加検出器（１５，２５）は、位相シフトされたパルスを検出するために、予め定められた角度で配置されている、
ことを特徴とするトルク制限カップリング（３）。
【請求項２】
前記エンコーダは、少なくとも８０個、好ましくは１５０個のマークを有する、
請求項１記載のトルク制限カップリング（３）。
【請求項３】
完全な回転の識別および／または角度位置の測定のための回転カウンタマーク（４６）が、少なくとも前記入力側におよび／または前記出力側に配置されており、
好ましくは前記第１センサ（１０）および／または前記第２センサ（２０）が、１つの回転カウンタマーク（４６）を有する、
請求項１または２記載のトルク制限カップリング（３）。
【請求項４】
前記第１センサまたは前記第２センサは、１秒当たり少なくとも５０００個の信号、好ましくは１秒当たり１００００個の信号を検出可能である、
請求項１から３までのいずれか１項記載のトルク制限カップリング（３）。
【請求項５】
少なくとも１つのカウンタマーク（４６）が、少なくとも１つの前記センサ（１０，２０，１３，２３）のエンコーダ（１１，１４，２１，２４）に組み込まれており、
前記カウンタマーク（４６）は、一義的な不規則性を有する、
請求項１から４までのいずれか１項記載のトルク制限カップリング（３）。
【請求項６】
前記入力側のセンサの少なくとも１つの前記エンコーダ（１１，１４）は、前記トルク制限カップリングの第１部分（１７）に回動不能に配置されており、および／または、
前記出力側のセンサの少なくとも１つの前記エンコーダ（２１，２４）は、前記トルク制限カップリングの第２部分（１９）に回動不能に配置されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載のトルク制限カップリング（３）。
【請求項７】
カップリング制御ユニット（２６）が、前記トルク制限カップリング（３）の過負荷事象を識別するために、前記トルク制限カップリング（３）に対応づけられており、
前記トルク制限カップリング（３）は、前記カップリング制御ユニット（２６）によって作動されるレリーズ機構（２８）を含む、
請求項１から６までのいずれか１項記載のトルク制限カップリング（３）。
【請求項８】
前記レリーズ機構（２８）は、ハイドロリック装置、ニューマチック装置またはエクスプローシブ装置であり、好ましくはエレクトロニクス装置またはエレクトロメカニカル装置である、
請求項７記載のトルク制限カップリング（３）。
【請求項９】
カップリング制御ユニット（２６）が、前記トルク制限カップリング（３）の過負荷事象を識別するために、前記トルク制限カップリングに対応づけられており、
前記カップリング制御ユニット（２６）は、データおよび／またはトリガ信号の送信のための送信器（３１）を含む、
請求項１から８までのいずれか１項記載のトルク制限カップリング（３）。
【請求項１０】
冷却システムを含み、冷却量が、許容過負荷の計算の際に考慮される、
ことを特徴とするトルク制限カップリング（３）。
【請求項１１】
パワーユニット（２）、負荷（６）、および、請求項１から１０までのいずれか１項記載のトルク制限カップリング（３）を含む駆動ライン。
【請求項１２】
負荷制御ユニット（２９）が、前記負荷（６）に対応づけられており、
前記負荷（６）は、前記カップリング制御ユニット（２６）のデータ、特に求められたスリップ量を考慮して制御可能である、
請求項１１記載の駆動ライン。
【請求項１３】
駆動ライン内のトルク制限カップリング（３）の使用方法であって、
・完全な回転ごとの予め定められた数の信号を検出することにより、入力側（４）の角度位置または角速度を測定するステップであって、各信号は、第１検出器によって検出され、位相シフト信号は、付加検出器によって検出される、ステップと、
・出力側（５）の角度位置または出力側（５）の角速度を測定するステップと、
・同時点での前記入力側の角度位置と前記出力側の角度位置との差または同時点での前記入力側の角速度と前記出力側の角速度との差を求めることにより、スリップを識別するステップであって、数度の範囲のスリップ事象が考慮される、ステップと、
・サービス間隔および／または予め定められた過負荷値を計算するステップと、
・計算された情報を送信するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記カップリング制御ユニット（２６）は、過負荷値を計算し、
予め定められた過負荷値が超過されたときに、前記カップリング制御ユニット（２６）は、情報をパワー制御ユニット（２７）へおよび／または負荷制御ユニット（２９）へ送信して、パワーユニット（２）の出力および／または負荷（６）を調整する、
請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク制限カップリングに関する。トルク制限カップリングは、回転可能な第１軸を回転可能な第２軸に接続するために用いられる。回転可能な第１軸は、モータとも称されるパワーユニットによって駆動することが可能である。第２軸は負荷に接続されている。過負荷の状況においては、第１軸と第２軸との接続がスリップするかまたは外れてしまう。トルク制限カップリングとして安全カップリングを使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
Ｒｅｎｋ社の「Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」なるタイトルのリーフレットの第２８頁に、安全カップリングのスリップ監視部が示されている。スリップ監視部は、安全カップリングの動作の監視に利用することが可能である。当該スリップ監視部は、速度差の測定に基づいて動作する。連続監視に加えて、動作状態の変化についての情報も供給される。過負荷に起因して安全カップリングのレリーズが起こると、その直後にアラームが形成される。当該アラームが適切に機械制御部に結合されれば、他の装置、例えば自動カットオフ部を作動させることもできる。このことは、機械およびシステムの付加的な保護を意味する。スリップ監視部は、複数のセンサを用いて、安全カップリングの両側の回転パルスを連続的に検査する。通常動作中、入力駆動側および出力駆動側は、定常的に、完全に同期した値を供給する。速度差が生じると、２つのパルスのタイミングシーケンスも必然的に変化する。このことは、摩擦カップリングのスリップに起因して、または安全カップリングのレリーズによって、生じ得る。センサは、表面の孔、ウェブ、ねじ頭または中断部によってトリガされるパルスの検出に用いられる。孔、ねじ頭、ウェブまたは中断部を用いることによってマークの数が制限され、通常、マークは１個の全円当たり１個または２個の範囲となる。走査は半径方向または軸方向に行うことができる。ただし、重要なのは、安全カップリングのいずれかの側の周への同形かつ同量のマークの分散配置が保証されることである。このことでしか同期制御が保証されない。ユニットの動作方式は、センサが送信するパルスパターンの分析によって容易に認識することが可能である。そのコンセプトにより、当該ユニットは摩擦カップリングの監視にもせん断要素を含む安全カップリングの監視にも同様に適する。
【０００３】
Ｖｏｉｔｈ社は、トルク制限カップリングを提供している。特にレリーズ機構を含むトルク制限カップリングがＳｍａｒｔＳｅｔの名称で提供されている。ＳｍａｒｔＳｅｔ安全カップリングにおいては、ＳｍａｒｔＳｅｔが分離にいたる前に、予め定められた範囲のスリップが許容されている。ＳｍａｒｔＳｅｔは、機械的なレリーズ防止部を含む。可能な連続スリップ事象の最大値は、ＳｍａｒｔＳｅｔカップリングの完全な１回転未満に制限されている。つまり、スリップ範囲は機械的限界によって制限されている。ＳｍａｒｔＳｅｔのスリップ事象が短時間で頻繁に生じる場合、安全カップリングは加熱され得る。スリップ事象の数および安全カップリングの加熱は、安全カップリングの寿命に影響する。
【０００４】
米国特許出願公開第２００９／０２６４２５３号明細書（ＵＳ２００９／０２６４２５３Ａ１）には、エンジンと被駆動装置の部材との間に挿入されるクラッチ制御装置が示されている。当該クラッチ制御装置は、エンジンおよび被駆動装置それぞれの軸回転速度に対応する信号を供給する入力側速度センサおよび出力側測度センサを備えたクラッチアセンブリを含む。圧力センサは、クラッチアセンブリに接続され、クラッチ圧力に対応する出力信号を形成する。また、温度センサがクラッチアセンブリに関連づけられており、クラッチアセンブリの動作温度に対応する温度信号を形成する。種々のタイプのトランスデューサも、動作条件、例えば衝撃負荷またはこれに類似のものの検出に使用されている。また、被駆動装置に接続された機械制御システム、および、エンジンに接続されたエンジン制御モジュールも含まれている。当該信号はクラッチ制御ユニットへ供給され、このクラッチ制御ユニットが当該信号を用いてシステムの動作条件を評価し、これにしたがって圧力制御弁を介してクラッチ圧力を調整する。広汎な動作データアレイをシステムに利用することが可能であり、クラッチ制御ユニットにより用いられて、エンジンおよび被駆動装置へのクラッチ圧力の調整ひいてはクラッチスリップ量の最小化、および、衝撃負荷条件の回避または即時補正を行うことにより、最適動作が保証される。クラッチのスリップは１分当たりの回転数として識別される。
【０００５】
米国特許第５６７２１３２号明細書（ＵＳ５６７２１３２）には、クラッチを備えている無段変速機を調整するプロセスが示されている。クラッチのスリップトルクが、周期的にまたは反周期的に求められ、クラッチ推力の強さが、特性曲線と比較される。クラッチのスリップを識別するために、クラッチへの圧力印加が変化される。クラッチのスリップは、速度差を求めることによって識別される。当該速度差は、第１速度センサおよび第２速度センサによる速度の測定ならびに速度差の測定によって求められ、例えば５０回転である。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１３／００８００１０号明細書（ＵＳ２０１３／００８００１０）には、クラッチが吸収するエネルギの量を計算するステップと、当該エネルギ量を予め定められた閾値と比較するステップと、上記比較ステップにおいて当該エネルギ量が当該予め定められた閾値を超過するかどうかに応じて、上記クラッチに結合されたエンジンの出力を低減するステップと、を含む、クラッチアセンブリの保護方法が示されている。クラッチのスリップは、１分当たりの回転数の範囲で求められる。
【０００７】
米国特許出願公開第２００３／０１０６７６６号明細書（ＵＳ２００３／０１０６７６６）には、モータとこのモータからのトルクを伝達するギヤトレインとを有し、パネル、例えばリフトゲートまたはパワースライドドアを運動させるパワーモジュールを含む、パネル開閉用のパワー操作手段が示されている。当該パワー操作手段は、ギヤトレインに相互接続されたクラッチアセンブリを含む。クラッチアセンブリは、クラッチディスクの角速度を測定するセンサを含む。クラッチアセンブリは、ロータおよびステータを含む電磁クラッチアセンブリである。ロータおよびステータは、周を囲むように形成された溝を有し、この溝がクラッチディスクの角速度の測定に用いられる。ホールセンサの形態の検出器がクラッチの各ディスクに対応づけられており、ここで、各検出器は、要素数を制限するためにクラッチアセンブリ内に組み込まれている。制御モジュールは、クラッチアセンブリと相互接続されており、クラッチディスクの係合力をパルス幅変調によって調整するマイクロコントローラを含む。これにより、クラッチディスクは、制限されたスリップ条件内に保持され、係合または分離の２モード以外でも動作する。
【０００８】
米国特許第４５１８０６８号明細書（ＵＳ４５１８０６８）には、車両用の自動クラッチ制御システムが示されている。当該文献は、車両の走行条件に依存してクラッチのスリップ率を求めることによってクラッチの係合を制御する自動クラッチ制御システムを形成する自動クラッチシステムに関する。ここでの自動クラッチ制御システムは、駆動軸を駆動するエンジンを備えているタイプのものである。上記エンジンはスロットルを備え、上記車両はさらに、上記駆動軸を被駆動軸へ結合するクラッチを含む。上記システムは、上記駆動軸の回転速度を測定する第１速度測定手段と、上記被駆動軸の回転速度を測定する第２速度測定手段と、上記エンジンのスロットル開放を識別するスロットル識別手段と、上記クラッチの係合角度をクラッチ係合制御信号にしたがって制御するクラッチ係合制御手段と、を含む。さらに、上記被駆動軸の回転速度に対する上記駆動軸の回転速度の比が求められる。
【０００９】
国際公開第２００７／０８５８６１号（ＷＯ２００７／０８５８６１）には、入力側要素（１２）および出力側要素（１４）をそれぞれ異なる速度で回転させ得るように構成された装置（１０）での、各要素（１２，１４）の相対回転速度の差を計算する方法が示されている。当該発明の方法によれば、以下においてはスリップと称される、各要素（１２，１４）の回転速度間の差が、入力側要素の速度の測定と出力側要素の速度の測定とを同期させることによって可能である。入力側要素の速度または出力側要素の速度は、検出されたパルスに基づいて計算されている。
【００１０】
さらに、Ｖｏｉｔｈ社のＳｌｉｐＳｅｔなる名称のトルク制限カップリング、例えば摩擦カップリングは、機械的なレリーズ保護部を有さない。摩擦カップリングは摩擦クラッチとも称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２６４２５３号明細書
【特許文献２】米国特許第５６７２１３２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１３／００８００１０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０１０６７６６号明細書
【特許文献５】米国特許第４５１８０６８号明細書
【特許文献６】国際公開第２００７／０８５８６１号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｒｅｎｋ社リーフレット「Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」第２８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、特に改善された監視システムを含む、改善されたトルク制限カップリングを提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる課題は、拡張された機能を有する駆動ラインおよびその動作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の課題は、各独立請求項によって解決される。本発明によれば、小さなスリップ事象も識別することが可能である。位相シフトされたマークを検出する付加検出器を使用することにより、他方側の回転速度をより正確に測定することができる。少なくとも２つの検出器を用いて、１つのエンコーダのマークを読み出すことができる。これによりコストが低減される。各検出器は、位相シフトされたマークを読み出すように配置される。いくつかのケースにおいては、利用可能な構造寸法に基づいて、個別のエンコーダが各検出器に対して使用される。本発明においては、所定の角度範囲におけるスリップ事象が識別される。これにより、小さなスリップ事象を考慮することができる。
【００１６】
少なくとも８０個のマークを有するエンコーダを用いることにより、スリップ事象をより正確に識別することができる。好ましい実施形態においては、エンコーダは、少なくとも１００個、好ましくは１５０個のマークを有する。マーク数のこうした選択により、スリップをより正確に識別することができる。高い回転速度でマークを読み出すことにはコストがかかる。付加検出器を用いることにより、高い精度を得ることができる。エンコーダごとに２つずつの検出器を用いることにより、４倍の高さの精度を得ることができる。同等の精度を提供する単一の検出器しか含まないシステムに比べ、コストを低減することができる。
【００１７】
いくつかの用途においては、スリップをきわめて早期に識別することが重要であり、これによって駆動ラインの調整によるダメージが駆動ラインに生じることを防止することができ、または、例えば識別されたスリップに応じた作動によってトルク制限カップリングの分離を実行することができる。
【００１８】
好ましい実施形態においては、少なくとも１つの回転カウンタマークが、完全な回転の識別および絶対角度位置の測定のために設けられる。ここで、高い分解能でのスリップ角度測定を行うことができる。カウンタマークにより、完全な回転を高速かつ簡単に識別することができる。特に入力側および出力側が上記回転カウンタマークを有する場合、入力側の角度位置と出力側の角度位置とを別個に測定することができる。また、入力側の角度位置の測定および出力側の角度位置の測定も可能である。入力側の角度位置と出力側の角度位置とを比較することにより、トルク制限カップリングでのスリップを容易に識別することができる。両側での角度位置を別個に測定することにより、機械的な実現形態においてより多くの自由度が得られる。特に、入力側および出力側に同数のマークを設ける必要はない。センサ信号を同じ角度量に対応づける必要もない。
【００１９】
好ましい実施形態においては、使用されるセンサのうち少なくとも１つが、１秒当たり少なくとも５０００個のマーク／信号、好ましくは１００００個のマーク／信号を検出することが可能である。いくつかの実施形態および応用形態においては、１秒当たり少なくとも１５０００個のマーク／信号を検出することが可能な少なくとも１つのセンサを用いるのが好ましい。
【００２０】
好ましい実施形態においては、回転カウンタマークが、少なくとも１つのセンサに組み込まれる。例えば、第１センサは、エンコーダと、このエンコーダを読み出す第１検出器とを含む。カウンタマークを形成するために、第１エンコーダは所定の不規則性を有する。当該不規則性は、一義的であるように設計される。例えば、エンコーダは、相互間に規則的間隔を有するように配置された複数のパルスマークを有する。回転カウンタマークを形成するために、パルスマークのうち１つが削除される。検出されるパルス列におけるギャップは、駆動ラインまたはその入力側部分もしくは出力側部分の質量慣性に基づき、このような短い時間間隔での速度変化の結果ではありえない。したがって、当該ギャップは特有のマークとなる。
【００２１】
好ましい実施形態においては、少なくとも回転方向の識別のために入力側の付加センサが入力側に設けられ、および／または、少なくとも回転方向の識別のために出力側の付加センサが出力側に設けられる。例えば、第１エンコーダとして入力側に歯車が配置され、また、付加センサは、入力側に配置された別のエンコーダを含む。当該入力側に配置された別のエンコーダのマークは、入力側に配置された第１エンコーダのマークに対して位相シフトされて配置されており、ここで、入力側の第１エンコーダおよび別のエンコーダのマークを検出することにより、第１エンコーダおよび別のエンコーダの検出されたマークのシーケンスによって、運動方向が既知となる。好ましい位相シフトは９０°である。さらに回転マークは、第１エンコーダに代えて、別のエンコーダの一部であってもよい。第１センサのエンコーダおよび／または第２センサのエンコーダを他方側の付加センサのエンコーダとして用いることもできる。各側の付加センサの検出器は、第１センサ／第２センサに対して位相シフトされるように配置される。こうした実施形態により、入力側の角度を高い分解能で容易に測定することが可能である。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態においては、入力側のセンサのエンコーダの少なくとも１つは、トルク制限カップリングの入力側に回動不能に配置され、および／または、出力側のセンサのエンコーダの少なくとも１つは、トルク制限カップリングの出力側に回動不能に配置される。したがって、きわめてコンパクトなトルク制限カップリングが得られる。さらに、センサ、検出器および／またはエンコーダを半径方向または軸方向に配置することもできる。このように空いた空間を利用して、トルク制限カップリングをきわめてコンパクトに構成することができる。
【００２３】
さらに、駆動ラインの入力軸または駆動ラインの出力軸にセンサを配置することもできる。また、センサのうちいずれか１つをトルク制限カップリングに配置し、別のセンサを入力軸および／または出力軸に配置することもできる。
【００２４】
好ましい実施形態においては、制御ユニットが、トルク制限カップリングの過負荷事象、特にスリップ事象を識別するために、トルク制限カップリングに対応づけられる。さらに、トルク制限カップリングは、トルク制限カップリングを分離するレリーズ機構を含む。レリーズ機構は、制御ユニットによって作動させることが可能である。当該レリーズ機構は、トルク制限カップリングの分離を開始する、トルク制限カップリングの部材であってよい。代替手段においては、レリーズ機構としての別のカップリング要素がパワーユニットと負荷との切り離しのために設けられる。当該レリーズ機構は、トルク制限カップリングの切り離し配置のためのエレクトロニクス装置であってよく、例えば、トルク制限カップリングは、自身が伝達すべき予め定められたトルクを形成する圧力チャンバを含み、ここで、伝達可能なトルクは、圧力チャンバ内の圧力によって調整することが可能である。つまり、エレクトロニクス装置によって圧力チャンバを減圧することが可能である。例えば、圧力チャンバの閉鎖部が電子的に開放される。トルク制限カップリングのレリーズにシアーオフ装置が用いられる場合、このシアーオフ装置は、エレクトロメカニカル装置によってシアーオフ可能である。レリーズ機構は、内部レリーズ機構であっても、トルク制限カップリングの一部であっても、または外部レリーズ機構、例えばソレノイドもしくはエクストラクタボルトであってもよい。
【００２５】
好ましい実施形態においては、制御ユニットは、トルク制限カップリングのスリップ事象を識別するために、トルク制限カップリングに対応づけられる。制御ユニットは、送信器とも称される、データおよび／またはトリガ信号の送信のための少なくとも１つのエミッタを含む。好ましい実施形態においては、制御ユニットは、イベントログとも称される、好ましくは日時情報を含む許容範囲信号からスリップ履歴すなわちアラームを記憶するデータ記憶ユニットを含む。
【００２６】
好ましい実施形態においては、求められたスリップ角度が、サービス間隔の決定および／または許容可能なスリップの動的識別のために積算される。許容可能なスリップが超過された場合、レリーズ機構によってレリーズが作動され、および／または、情報もしくはトリガが送信される。当該識別においては、特に、小さな振動スリップ事象も考慮することができる。小さなスリップ事象とは、１０°までの範囲、好ましくは５°までの範囲、より好ましくは３°までの範囲にある。
【００２７】
さらに好ましい実施形態においては、トルク制限カップリングは冷却システムを含み、ここで冷却量が許容過負荷の計算の際に考慮される。
【００２８】
駆動ラインは、パワーユニット、負荷および上述したトルク制限カップリングの実施形態を含む。負荷制御ユニットが負荷の制御のために負荷に対応づけられ、制御ユニットがパワーユニットに対応づけられる。当該負荷は、制御ユニットのデータを考慮して制御することが可能であり、および／または、パワーユニットは、制御ユニットのデータを考慮して制御することが可能である。負荷制御ユニットと制御ユニットとの間、および／または、パワー制御ユニットと制御ユニットとの間のデータ伝送は、有線または無線によって行うことができる。複数の過負荷事象が発生する場合には、レリーズ機構を作動させる前にパワーユニットを調整することが可能である。これにより、駆動ラインのシャットダウン回数を低減することができる。さらに、負荷側からの変動の作用を分析することもできる。識別されたスリップに基づいて負荷の出力を最適化することが可能である。特に駆動ラインが発電に用いられ、電力グリッドに接続することが可能である場合、特に微小短絡の効果を分析し、制御ユニットにより考慮することができる。
【００２９】
好ましい実施形態においては、駆動ラインは、レリーズ機構によって作動されるシャットダウンまたは分離を防止する能動制動システムを含む。能動制動システムは、制御ユニットに、データ接続される。
【００３０】
好ましい実施形態においては、少なくとも２つの制御ユニットが中央制御ユニットに組み込まれる。別の実施形態においては、制御ユニットおよび／またはパワー制御ユニットおよび／または負荷制御ユニットが形成または収集したデータが、中央制御ユニットへ伝送される。駆動ライン、特に駆動ラインのコントローラへのリモートアクセスが可能である。駆動ラインの調整もリモートから開始することができる。
【００３１】
トルク制限カップリングの使用方法は、
・入力側の完全な１回転が１方向への回転の少なくとも３０個の信号、好ましくは少なくとも５０個の信号によって特徴づけられるものであって、入力側の角度位置を測定するステップと、
・出力側の完全な１回転が１方向への回転の少なくとも３０個の信号、好ましくは少なくとも５０個の信号によって特徴づけられるものであって、出力側の角度位置を測定するステップと、
・入力側の角度位置と出力側の角度位置との差を求めることにより、スリップを識別するステップと、
・サービス間隔および／または予め定められた過負荷値を計算するステップと、
・サービス間隔を表すトリガ情報および／または過負荷を表すトリガ情報および／またはレリーズ機構を作動させるトリガ情報および／または別のカップリングを作動させるトリガ情報を送信するステップと、
を含む。完全な１回転ごとの信号の数により、スリップをより正確に識別することができる。また、小さなスリップ事象もこうして識別することが可能である。さらに、トルク制限カップリングのスリップもきわめて迅速に識別することができる。こうして、駆動ラインのダメージまたはトルク制限カップリングの分離を防止するため、駆動ラインの調整をきわめて迅速に作動することができる。また、本方法を用いれば、識別されたスリップに依存して形成されたトリガ信号により、トルク制限カップリングの分離を開始することができるようになる。
【００３２】
好ましい方法においては、制御ユニットが過負荷値を計算し、パワーユニットの予め定められた過負荷値が超過された場合、制御ユニットがデータをパワー制御ユニットへおよび／または負荷制御ユニットへ送信し、パワーユニットの出力および／または負荷を調整する。パワーユニットによるパワー入力は、駆動ラインの動作可能時間が維持されるように調整することが可能である。駆動ラインごとの個別調整も可能である。
【００３３】
本発明の他の特徴および利点は、以下の説明から明らかとなるであろう。
【００３４】
本発明は、その対象および利点とともに、添付図に併せてここに提示する好ましい各実施形態についての以下の説明により最良に理解することができるはずである。ただし、本発明の範囲は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】トルク制限カップリングおよびスリップ角度測定部を含む駆動ラインである。
【図２】トルク制限カップリングおよび改善されたスリップ角度測定部を含む駆動ラインである。
【図３】パルス発生器として使用可能な歯車である。
【図４】読み出し可能な条片パターンの形態のパルス発生器である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１には、トルク制限カップリング３を含む駆動ライン１が示されている。駆動ライン１は、入力側４の入力軸１６の回転を駆動するパワーユニット２を含む。入力軸１６は、トルク制限カップリング３に接続されている。トルク制限カップリング３により、トルクは、出力側５の出力軸１８へ伝達することが可能である。出力軸１８は、負荷６に接続されている。当該実施形態においては、トルク制限カップリング３は、第１エンコーダ１１を含む。第１エンコーダ１１は、パルス発生器である。当該エンコーダは、第１検出器１２によって読み出される。第１検出器によって読み出された信号は、カップリング制御ユニット２６へ伝送される。図示の実施形態においては、第１検出器１２とカップリング制御ユニット２６との間にデータ線路が存在しているが、無線コネクションも可能である。第１エンコーダ１１および第１検出器１２は、第１センサ１０の一部である。トルク制限カップリング３は、入力軸１６に回動不能に結合された第１部分を含む。トルク制限カップリング３の第１部分の結合には、フランジを用いることができる。また、トルク制限カップリング３は、出力軸１８に回動不能に結合された第２部分を含む。第２センサ２０の第２エンコーダ２１は、トルク制限カップリング３の第２部分に回動不能に結合されている。第２エンコーダ２１を読み出す第２検出器２２は、カップリング制御ユニット２６に信号接続されている。当該接続は、有線または無線であってよい。制御ユニット２６は、第１センサ１０の信号に基づいて、トルク制限カップリング３の第１部分の角度位置を測定する。さらに、カップリング制御ユニットは、トルク制限カップリング３の第２部分の角度位置を測定する。トルク制限カップリング３の第１部分の角度位置および第２部分の角度位置が、同じ瞬時時点で、測定される。トルク制限カップリング３のスリップ量を求めるために、第１センサ１０が測定した瞬時の角度位置と第２センサ２０が測定した瞬時の角度位置との差が求められる。求められた差は、トルク制限カップリング３内のスリップ量に相関する。所定の時間にわたるスリップ角度を蓄積することによって、スリップ事象およびスリップ量持続時間を分析することができる。小さなスリップ事象も長期のスリップ事象も識別することができる。当該実施形態においては、小さなスリップ事象とは、５°までのスリップ角度を有するスリップ事象である。識別されたスリップ事象、周波数および持続時間に依存して、トリガ信号が送信される。識別されたスリップ事象およびその種類を考慮して、サービス間隔を決定することもできる。トルク制限カップリング３に配置された第１エンコーダ１１および第２エンコーダ２１ならびにこれに対応する検出器１２，２２により、トルク制限カップリングのみが改善され、残りの駆動ライン１への影響はない。
【００３７】
図２には、駆動ライン１が示されている。駆動ラインはパワーユニットを含む。パワーユニット２はギヤ８に接続されている。当該ギヤは回転速度およびトルクの変換に用いられている。トルク制限カップリング３の入力側４の入力軸１６は、ギヤ８に接続されている。したがって、パワーユニット２のパワーは、ギヤを介してトルク制限カップリング３の入力側４に伝達することが可能である。トルク制限カップリング３は、入力軸１６に回動不能に結合された第１部分１７と、出力軸１８に回動不能に結合された第２部分１９とを含む。なお、第１エンコーダ１１は、入力軸１６に対応づけられた、入力側４の付加エンコーダとして用いられる。第１エンコーダは、トルク制限カップリングの第１部分１７に回動不能に結合されている。また、図示していないが、第１エンコーダ１１をトルク制限カップリングの第１部分１７に配置し、別の付加エンコーダを入力側４の入力軸１６に配置することもできる。
【００３８】
第１エンコーダ１１に対応づけられた第１検出器１２は、第１エンコーダ１１を読み出すために半径方向に配置されている。入力側４の付加検出器１５は、入力軸１６に対して平行に配置されている。つまり、第１エンコーダ１１を読み出す付加検出器１５は、軸方向に配置されている。
【００３９】
第２センサ２０の第２エンコーダ２１は、出力軸１８に配置されている。当該実施形態においては、出力軸１８は、入力軸１６よりも大きな直径またはトルク制限カップリング３の外径を有する。第２エンコーダ２１を直接に当該外径に配置する構成も可能である。入力側４からの完全な１回転当たりのパルス数と出力側５からの完全な１回転当たりのパルス数とは異なり得る。出力側の付加センサ２３は出力軸１８に対応づけられている。この場合、出力側の付加センサ２３は、付加検出器２５および付加エンコーダ２４を含む。ここで、第２エンコーダ２１を出力側の付加エンコーダ２４として用いることもできる。入力側４の角度位置と出力側５の角度位置とが相互に独立に測定されるので、それぞれ異なる角度次元に対応づけられたパルスを有するエンコーダ１１，１４，２１，２４を用いることができる。したがって、完全な１回転当たりで、入力側に８０個のマーク、出力側に１２０個のマークを設けることができる。一方側の各検出器の信号は位相シフトされている。当該位相シフトにより、測定をより正確に行うことができる。また、３つ以上の検出器を一方側に設けることもできる。例えば、エンコーダは１４４個のマークを有する。したがって、物理的な分解能は、２．５°である。２つの検出器が当該エンコーダに対応づけられており、各検出器が９０°の相で相互に位相シフトされている場合、軸の回転方向を識別することが可能であり、得られる分解能は物理的な分解能の４倍である。よって、この場合、得られる分解能は０．６２５°となる。当該軸の回転は、センサで検出された信号のシーケンスによって識別することができる。
【００４０】
回転方向を識別可能とするには、一方のエンコーダすなわち第１エンコーダ１１または第２エンコーダ２１、ならびに、入力側の２つの検出器すなわち第１検出器１２および付加検出器１５または出力側の第２検出器２２および付加検出器２５が、カップリングの少なくとも一方側に必要である。位相シフト信号を検出するため、各エンコーダおよび／または各検出器は位相シフトされて配置される。得られる信号は、好ましくは９０°の位相シフトを有する。２つの検出器は、物理的な１ユニットへ組み込むことができる。同じ側に取り付けられる別個の２つのエンコーダ２１，２４も使用することが可能であるが、その場合、これらは同形であって同量のトリガ点を有さなければならない。
【００４１】
カップリング３の出力側５の第２エンコーダ２１および第２検出器２２も必要である。出力側の回転方向を個別に識別すべき場合には、２つの検出器すなわち第２検出器２２および付加検出器２５が出力側５に必要となる。
【００４２】
エンコーダが対称である場合、すなわち１マークと０マークとが等しい回転角度に対応する場合、１マーク信号および０マーク信号の双方とも、カップリング制御ユニット２６でのトリガとして用いることができる。１マークと０マークとの間隔は均等である。これにより、測定分解能は、エンコーダの正のトリガすなわち１マークの数の２倍の精細度となる。そのため、スリップ角度測定における分解能は２倍である。パルス間の時間は１／２の長さとなり、このことは、カップリング制御ユニット２６が必要に応じて応動をより迅速に行えることを意味する。
【００４３】
エンコーダが非対称である場合、すなわち、１マーク信号と０マーク信号との間隔が不均等である場合、１マークまたは０マークの信号の一方のみを用いることができ、１周期当たりの単一の信号が得られる。１つのエンコーダ当たり９０°の位相角で配置された２つの検出器を設けることの利点は、エンコーダ当たり単一のセンサしか設けられないケースに比べて、カップリング制御ユニット２６が２倍の周波数で２倍の数のパルスを受信するということである。対称のエンコーダの場合、カップリング制御ユニット２６においてエンコーダの１周期当たり４個のトリガ信号を用いることができる。
【００４４】
いくつかのケースにおいては、１マークおよび／または０マークを信号として計数せず、１から０への移行および０から１への移行を計数する。センサのタイプに応じて、検出器および／またはエンコーダは、軸に対する半径方向または軸方向に取り付け可能である。軸に対する軸方向とは、軸に対して平行な取り付けを意味する。エンコーダは、ディスクまたはテープのような別個の部材であってよい。エンコーダは、カップリング部材のいずれかに組み込み可能である。図２に示されている実施形態においては、負荷６には出力軸１８によってパワーが供給される。カップリング制御ユニット２６は、センサ１０，１３，２０，２３に信号接続されている。トルク制限カップリング３の第１部分１７の角度位置およびトルク制限カップリング３の第２部分１９の角度位置の計算は、カップリング制御ユニット２６で行われる。カップリング制御ユニット２６は、少なくとも１つの送信器３１を含む。当該送信器は、図示されていない中央制御ユニットへデータを送信し、および／または、求められたトルク制限カップリング３のスリップ量に関するトリガ信号および／またはデータを、パワーユニット２の制御ユニット２７および／または負荷制御ユニット２９へ送信することができる。よって、この場合、トルク制限カップリング３のスリップ事象の数および／または持続時間が低減されるように、パワーユニット２および／または負荷６を調整することができる。
【００４５】
当該実施形態においては、負荷６は出力端を有し、断接器４０が負荷６の出力端に配置されている。断接器４０により、駆動ラインを切り離すことができる。例えば、負荷６が電力グリッドに電流を供給するジェネレータである場合、このジェネレータをグリッドから切り離すことにより駆動ライン全体をグリッドから切り離すことができる。電力グリッド側に障害、特に微細干渉がある場合、または駆動ラインそのものに障害がある場合、駆動ラインを電力グリッドから切り離し可能である。また、負荷側または駆動ライン１のグリッド側からの障害の作用を分析することもできる。パワーユニット２として、特にガスタービンまたはガスモータを用いることができる。こうした駆動ラインは、電力グリッドの安定化に使用することが可能である。
【００４６】
図３には歯車４５が示されている。歯車４５は、半径方向に配置された複数の歯４９の形態の第１エンコーダ１１を有する。第１検出器１２および付加検出器１５を無接触動作させることにより、全ての歯４９が読み出される。無接触動作するセンサとして、感光性の検出器または誘導動作する検出器を使用することが可能である。また、誘導性のロータリエンコーダも使用することができる。全ての歯４９が１マーク５１である。０マーク５３と１マーク５１との間隔は、均等である。付加検出器１５は、第１検出器１２に対して９０°位相シフトされて配置されている。よって、回転方向は、第１検出器１２および付加検出器１５が検出したパルスのシーケンスによって既知となる。
【００４７】
第１エンコーダ、第２エンコーダおよび付加エンコーダならびに対応する各検出器の配置は、利用可能な空間を考慮して選択することが可能である。全てのエンコーダをトルク制限カップリングに配置することには、入力側４、入力軸１６、出力側５および出力軸１８が影響を受けないという利点がある。回転カウンタマーク４６を少なくとも１つのエンコーダ１１，１４，２１，２４に組み込むことにより、回転カウンタマークに対して定義された角度位置を測定することができる。完全な１回転当たりのパルスの数が既知でありかつ回転方向が既知である場合、回転カウンタマーク４６に対して他方側の角度位置を測定することもできる。いくつかのケースにおいては、回転カウンタマーク４６は、瞬時の両側の特定の角度位置の計算を簡単化するため、両側に対応づけられている。
【００４８】
カウンタの回転カウンタマークを歯の欠落部またはエンコーダマークの欠落部によって実現するにつき、回転カウンタマーク４６は、容易に実現することが可能である。重力加速度に基づいて、こうした短い時間間隔での変化はありえない。したがって、こうしたマーク欠落部によって角度位置が一義的に定義される。
【００４９】
図４には、エンコーダの代替実現形態が示されている。第１エンコーダ１１および付加エンコーダ１４が、条片の形態において実現されている。当該条片は、図示されていない、検出器によって読み出される複数のマークを有し、これらのマークは、エンコーダに対応づけられている。例えば、磁気パターンまたは反射パターンをエンコーダ１１，１４として使用することが可能である。図４の条片は、両側４，５または両部分１７，１９の一方の外周に配置することが可能である。エンコーダ１１，１４は、１マーク５１および０マーク５３を有するが、ここでは、１マーク５１と０マーク５３との間隔は、均等ではない。
【００５０】
トルク制限カップリングでのスリップ量の指示として、トルク制限カップリングの加熱が行われる。ここで、トルク制限カップリング内またはその表面に配置された温度センサを、スリップ量の測定に用いることができる。より正確な測定のために、温度センサが少なくとも１つの摩擦面に配置される。検出された温度に応じて分離を作動させることができる。こうした温度センサは、入力側４および出力側５の角度位置に基づいて測定されるスリップ角度の測定に加えて使用することが可能である。
【００５１】
入力側および出力側で測定された角度位置に基づいて、高速に振動するスリップの識別も可能である。さらに、両方向のスリップ量がサービス間隔ひいては分離などの動作に影響するので、トルク制限カップリングのスリップ量に基づいてサービス間隔も決定することができる。
【００５２】
求められたスリップ量およびトルク制限カップリング３の摩擦面の摩擦係合に基づいて、熱発生量を計算することができる。特に、摩擦面の熱を計算することが可能である。
【００５３】
例えば、冷却効果または能動冷却を考慮して、許容スリップ角度を動的に計算することもできる。また、パワーユニット２および／または負荷および／または能動制動装置の調整および／または制御によって、スリップを能動的に低減することもできる。当該調整または制御は、カップリング制御ユニット２６との直接または間接のデータ接続によって実現することが可能である。データおよびトリガ信号は、例えば、インタネット／ＳＭＳおよびさらに無線データ伝送を介して伝送することが可能である。スリップ事象の能動制御により、トルク制限カップリングのレリーズまたは駆動ラインの切り離しを防止することができる。能動制御は、リモートアクセスのオンラインでまたはローカルで行うことができる。
【００５４】
事象の識別は、スリップ、入力側または出力側での速度超過、スリップ速度およびスリップ方向によって行い得る。結果は、分析のために格納することが可能である。
【００５５】
記憶された限界パラメータを調整することもできる。トルク制限カップリングの許容可能なスリップの限界パラメータは、カップリング制御ユニットに記憶することが可能である。
【００５６】
これに代えてもしくはこれに加えて、入力側４および出力側５の回転速度を、少なくともセンサ１０，２０の信号に基づいて計算してもよい。また、付加センサ１３，２３のセンサ信号も、使用することが可能である。
【００５７】
パワー制御ユニット、負荷制御ユニットを含む中央制御ユニットを設けることができ、スリップ事象の信号も当該中央制御ユニットに伝送される。
【００５８】
トルク制限カップリングとして、実質的に環状のチャンバの軸方向に延在する隔壁を形成する少なくとも１つの薄壁のスリーブを含むカップリングを使用することもできる。チャンバは、圧力媒体の供給によって上記スリーブが半径方向で弾性変形して、カップリングに接続された要素の表面にクランプ係合するように配置される。当該表面の形状および寸法は、上記チャンバから遠い側のスリーブ表面の形状および寸法に実質的に一致する。チャンバは、自身から延在するチャネル装置を有し、このチャネル装置は、上記面間の相対運動またはそこで生じるねじれ変形によって作動可能なレリーズ機構２８と協働して、圧力媒体が自身を通して上記チャンバから流出可能となり、内部で圧力作用しているチャンバを減圧することができる状態となるように設けられている。
【符号の説明】
【００５９】
１  駆動ライン
２  パワーユニット、モータ
３  安全カップリング、トルク制限カップリング
４  入力側
５  出力側
６  負荷、ジェネレータ
７  コネクタ（グリッド）
８  ギヤ
１０  第１センサ（モータ側）
１１  第１エンコーダ
１２  第１検出器、無接触検出器
１３  入力側の付加センサ
１４  入力側の付加エンコーダ
１５  入力側の付加検出器
１６  入力軸
１７  トルク制限カップリングの第１部分
１８  出力軸
１９  トルク制限カップリングの第２部分
２０  第２センサ（負荷側）
２１  第２エンコーダ
２２  第２検出器、無接触検出器
２３  出力側の付加センサ
２４  出力側の付加エンコーダ
２５  出力側の付加検出器
２６  カップリング制御ユニット
２７  パワー制御ユニット
２８  レリーズ機構
２９  負荷制御ユニット
３０  無線データコネクション
３１  送信器
４０  断接器
４５  歯車
４６  回転カウンタマーク
４９  歯、マーク
５０  打抜き部、貫通孔
５１  １マーク
５３  ０マーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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